Protection des bétons

Renforcement par composites

Traitement électrochimique des ouvrages

Protection des bétons

L'objectif principal de cette action de recherche est de mettre au point une méthodologie de qualification des produits de protection. Les principaux produits attendus de ce thème sont les suivants :

• méthodologie de qualification des produits de protection
• produits cognitifs (mécanismes de protection du béton par les produits)
• méthodes de réception sur ouvrages des travaux de protection
• guide sur la protection des bétons armés
• création d'un réseau de compétence au sein des LR. (7 LR participent à ce thème)

La structure adoptée pour mener à bien cette recherche fait appel à un découpage en 5 sujets :

1. Connaissance et caractérisation physico-chimique des produits de protection
2. Définition des supports de référence
3. Qualification des produits de protection
4. Mécanismes de protection du béton et des propriétés de transfert à travers la couche de protection
5. Étude de l'efficacité des produits en terme de durabilité du béton armé

En 1997, année de lancement de la recherche, 16 produits de protection ont été retenus pour être étudiés extensivement dans le cadre d'un programme expérimental, les supports de référence (dallettes 30x30x5, 3 types de béton) ont été mis au point, puis les propriétés des produits à caractériser ont été définies et les méthodes d'essai existantes pour le faire ont été recensées et analysées. En 1998, le programme expérimental a été lancé : définition de l'ensemble des essais à réaliser, et de l'organisation à mettre en place pour le bon déroulement du programme, mobilisation des moyens d'essai des 7 LR impliqués dans le thème, plus ceux de différentes équipes du LCPC au service PCM et à la Division Béton. La fabrication des 300 dallettes a été assurée par une équipe mixte (SDOA, Division BCOA). L'année 1999 a consisté en la poursuite du programme expérimental et le lancement d'une thèse sur les inhibiteurs pour aboutir en 2000 à une première version d'un guide sur le choix des produits de protection du béton armé.

Le programme de recherche a ainsi abouti en 2000 à la production :

• d'un projet de guide sur la protection des bétons
• d'un projet de référentiel de qualification des produits.

L'année 2001 a été consacrée à des actions de valorisation (en particulier la journée technique du réseau LPC le 10 octobre 2001) et au lancement de la concertation avec la Profession (6 syndicats professionnels représentés dans le groupe de travail). L'objectif est d'aboutir en 2002 à la publication du guide (une journée d'information nationale sera organisée lors de sa sortie) et en 2003 à un référentiel de qualification en accord avec la Profession.

Contact : Brigitte Mahut

Renforcement par composites

Le renforcement par collage de tissus composites est une voie de réparation de plus en plus souvent mise en œuvre sur des ouvrages en béton. Cependant, bien que cautionnée par les bureaux de contrôle, la validité de cette technique et des calculs effectués par les entreprises n'a pas encore été établie. Le LCPC a donc initié en 2000 le thème de recherche "Réparation et renforcement des structures de génie civil par l'emploi de matériaux composites", thème dans lequel la FDOA réalise une campagne d'expérimentation sur des éléments de structures à une échelle représentative. Il s'agit d'étudier le comportement de 20 poteaux de section carrée (0,20 m * 0,20 m) et de 2,5 m de hauteur, renforcés par diverses techniques (à base de tissus de fibre de carbone), et soumis à une flexion composée.

Contact : Marc Quiertant

Traitement électrochimique des ouvrages

Depuis septembre 2001, la FDOA souhaite développer une compétence en électrochimie afin de mieux évaluer l'état de corrosion des ouvrages d'art et de mieux connaître les différents traitements électrochimiques de réparation (protection cathodique, déchloruration, ré-alcalinisation,…). A cet effet, une convention de formation spécifique du personnel de la division a été signée fin 2001 avec l'Ecole Centrale de Paris (ECP) et un certain nombre d'appareils seront achetés (potentiostat/galvanostat, analyseur de fréquence, alimentations, …)

Diverses études sont en cours :

• Les mesures électrochimiques permettent d'évaluer l'état de corrosion d'un ouvrage,
• Le traitement électrochimique de déchloruration consiste à enlever du béton les ions chlorure responsables d'une corrosion sévère (par piqûres) des armatures du béton ,
• Le traitement de ré-alcalinisation consiste à rendre un béton carbonaté de nouveau alcalin.

Dans le cadre d'une convention avec la DRAST, le LCPC a entrepris depuis deux ans des recherches sur le traitement électrochimique de déchloruration (procédé par courant imposé), car ce dernier pourrait constituer un nouveau traitement de réhabilitation pour le béton armé pollué par des chlorures provenant, soit de sels de déverglaçage, soit d'un environnement marin. Les armatures qui sont passivées dans un béton sain peuvent se corroder si une quantité suffisante de chlorures pénètre jusqu'à elles.

La déchloruration a été réalisée sur trois corps d'épreuves de tailles différentes,

• 1) l'éprouvette cylindrique en microbéton armé de laboratoire (diamètre 7 cm hauteur 10 cm) avec des chlorures présents lors du gâchage ou ayant pénétré par des cycles d'immersion séchage dans l'eau salée,
• 2) la dallette en béton armé (30x30x5 cm) vieillie par brouillard salin et
• 3) un élément de structure type poutre en béton armé (250x20x20 cm) qui a subit un vieillissement naturel de 40 ans en zone de marnage.

Les résultats de la déchoruration des éprouvettes cylindriques chlorurées (initialement 0.6 à 4 g de Cl libres pour 100g de ciment) montrent que les taux d'extraction des chlorures libres au niveau des aciers sont de l'ordre de 50 à 70 %. L'efficacité du traitement dépend de la durée de la déchloruration, du mode de pénétration des chlorures (gâchage ou cycles d'immersion/séchage), du rapport eau/ciment du microbéton (plus efficace pour 0.65 que 0.45) et probablement de la nature du ciment (CEM I ou CEM III/B PM-ES).

Les résultats de déchloruration des dallettes chlorurées (initialement 0.5 à 3.5 g de Cl libres pour 100g de ciment) indiquent également des extractions de chlorures de l'ordre de 50% au niveau de l'acier. Les caractérisations électrochimiques, avant, juste après et deux mois après le traitement, laissent penser que la corrosion est ralentie 2 mois après le traitement. Toutefois, le retour à une passivité n'est pas observé.

Les résultats de déchloruration de la poutre très chlorurée montrent que les chlorures libres initiaux, compris entre 1.3 à 3.9 g pour 100g de ciment (profil décroissant sur 4 cm, depuis le parement jusqu'à l'acier), après 8 semaines de déchloruration, diminuent jusqu'à 0.4 à 3.7 % avec une efficacité d'extraction au niveau de l'acier de 70%.

Différents points méritent encore d'être étudiés : accumulation des chlorures dans l'enrobage en zone intermédiaire, évolution de la matrice du béton et retour ou non à la passivation des aciers. Pour les éléments très chlorurés, une durée de traitement plus longue ou un deuxième traitement pourrait s'avérer nécessaire.

Enfin, la pérennité du traitement n'est pas encore connue.

Contact : Véronique Bouteiller